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1、1,绪 论,一、物理化学的研究内容,二、物理化学在环境保护工作中的重要性,三、物理化学课程的学习方法,四、物理量的表示和运算,五、理想气体,2016/3/21,绪 论,化学,物理化学是化学学科的一个分支,一、物理化学的研究内容,物理化学 指从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，采用物理学中的仪器和方法，探求化学变化、相变化以及简单p、V、T变化中具有普遍性的基本规律，了解物质微观结构与宏观性质之间的关系。,2016/3/21,3,2016/3/21,4,一、物理化学的研究内容,化学反应,原子、分子间的分离与组合,热,电,光,磁,温度变化,压力变化,体积变化,化学,密不可分,状态变化,热学
2、、电学、光学、磁学是物理学的重要分支,物理学,物理现象,化学现象,用物理学的理论和实验方法,研究化学变化及其伴随的物理变化 的本质与规律,物理化学,一、物理化学的研究内容,物理化学 王海荣 主编,2016/3/21,5,电化学,表面与胶体化学,6,2016/3/21,一、物理化学的研究内容,二、物理化学的重要性,学科的交叉与渗透,7,2016/3/21,物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。,二、物理化学的重要性,8,水质监测、大气监测、水质处理、空气净化处理、土壤修复，等环境问题的解决，离不开物理化学的有关理论
3、和技术。,二、物理化学的重要性,9,2016/3/21,（1）遵循“实践理论实践”的认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一般， 再从一般推理到个别的思维过程。,（2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。,三、物理化学的学习方法,物理化学的研究方法,10,2016/3/21,热力学方法：,三、物理化学的学习方法,以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。,11,2016/3/21,统计力学方法：,三、
4、物理化学的学习方法,用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的宏观性质。,12,2016/3/21,三、物理化学的学习方法,(1) 体会逻辑推理的思维方法，注意推理过程中引入的条件关系。,(2) 注重有关理论和公式的应用条件和应用方法。,(3)重视实验，理论和实践有机结合，分析现象，查证规律。,(4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和独立工作的能力。,13,2016/3/21,14,2016/3/21,四、物理量的表示与运算,什么是物理量？,凡是可以定量地描述的物理现象都是物理量，如温度、压力和体积等。,物理量一般都是可测的量，且具有可以进行
5、数学运算的特性，可以用数学公式表示。,同一类物理量可以相加减，不同类物理量可以相乘除。,15,2016/3/21,物理量的表示,用单个斜体的拉丁字母或希腊字母表示。例如:,压力,体积,温度,热力学能,熵,质量,黏度,密度,化学势,能量,反应进度,活度因子,四、物理量的表示与运算,16,2016/3/21,四、物理量的表示与运算,单位的表示,一般用小写正体的拉丁字母表示。例如:,秒,千克,摩尔,立方分米,立方米,Joule,Volt,Pascal,如果单位来自人名，则第一个字母用大写。例如：,Kelvin,米,表格中的物理量,表格中用纯数表示，在表头中用物理量与其单位的比值表示,四、物理量的表示
6、与运算,17,2016/3/21,坐标中的物理量,坐标轴是数轴，坐标轴也要用物理量与其单位的比值表示,V/dm3,p/kPa,50,22.7,100,25.4,四、物理量的表示与运算,18,2016/3/21,物理量的运算。例：,在运算物理量的方程时，必须代入完整的物理量。,设有1 mol 理想气体，在298 K和100 kPa时，要计算气体所占有的体积。已知,方程代表物理量之间的关系,数值和单位都要运算,四、物理量的表示与运算,19,2016/3/21,若所有量全部用SI单位，运算式可以简单一点,四、物理量的表示与运算,20,2016/3/21,气体和液体统称为流体。液态和固态称作凝聚态。
7、气体具有扩散性和可压缩性，同时也表现出无限膨胀性和无限掺混性。气体没有固定的体积和形状，将一定量的气体引入任何容器中，气体分子随即向各个方向扩散，并均匀充满整个容器的空间。不同种的气体能以任意比例相互均匀混合。,五、理想气体,21,2016/3/21,低压气体的经验定律,Boyle 定律 1662年 低压下,保持温度和气体物质的量不变时, 气体体积和压力成反比. 即 pV=常数,Charles-Gay-Lussac 定律 1787-1802年 等压下,一定量气体体积与热力学温度成正比. 即 V/T=常数,Avogadro 定律 1811年 相同温度和压力时,相同体积的任何气体 所含分子数相同.
8、即 V/N=常数 n=N*L L称为Avogadro常数 6.02*1023,22,2016/3/21,理想气体的微观模型,理想气体分子之间的相互作用可忽略不计 即内压力为零,理想气体分子的自身体积可忽略不计 即只考虑气体总体所占体积,高温和低压下的气体近似可看作理想气体,难液化的气体适用的压力范围较宽,例如,在较大的压力范围内都可以作为理想气体处理,23,2016/3/21,五、理想气体,理想气体的状态方程,联系p, V, T 三者之间关系的方程称为状态方程,摩尔气体常量,24,2016/3/21,五、理想气体,理想气体的摩尔气体常量,的准确数值可以由实验测定。,在不同温度下,同一数值,在1
9、01325 Pa 和 273.15 K 的条件下(SPT) V m=22.413L,25,2016/3/21,理想气体混合物,若干种理想气体混合在一起，形成均匀的气体混合物，每种气体都符合状态方程,26,2016/3/21,混合物组成表示法,1. B 的摩尔分数,称为组分B的摩尔分数或物质的量分数,单位为1,混合物中所有组分的物质的量之和,表示与液相平衡的气相中B的摩尔分数,27,2016/3/21,混合物组成表示法,2. B 的质量分数,称为B的质量分数,单位为1,B组分的质量,混合物中所有物质的质量之和,28,2016/3/21,Dalton 分压定律,B的分压等于相同T，V 下 其单独存
10、在时的压力,一定T，V 下，混合理想气体的总压等于各组分相同T，V 下分压之和,原则上，该定律只适用于理想气体,29,2016/3/21,真实液体的饱和蒸气压,在密闭容器内和一定温度下,当蒸发与凝聚的速率相等时,达到气-液平衡，蒸气的压力称为该液体在该温度时的饱和蒸气压。,理想气体在任何T，p 下都不能被液化,真实气体在降温或加压下，有可能被液化,加热密闭容器中的液体，不可能观察到沸腾现象。,30,2016/3/21,液体的饱和蒸气压,饱和蒸气压是物质的性质，随温度的上升而增加,在敞口容器中加热液体，当蒸气的压力等于外压时，液体沸腾，这时的温度称为沸点。,饱和蒸气压大的液体，其沸点较低,常见液
11、体在不同温度下的饱和蒸气压可以查表。,降低外压，其沸点也随之降低。,正常沸点：外压为一个大气压即101.325 kPa 时的沸点,31,2016/3/21,临界状态,随着温度升高，饱和蒸气压变大，气体的密度不断变大,这种状态称为临界状态,这时气-液界面消失，液体和气体混为一体,在该温度之上无论用多大压力，都无法使气体液化,随着温度升高，液体由于受热膨胀，其密度不断变小,达到某温度时，气体的密度等于液体的密度,温度为临界温度,32,2016/3/21,临界状态,在临界状态时的参数称为临界参数，如,高于临界状态的物系，既具有液体性质，又具有气体性质，称为超临界流体,超临界流体,超临界流体具有液体一
12、样的溶解能力,超临界流体具有气体一样的扩散速度,如 超临界流体在萃取和合成方面用途很广,33,2016/3/21,真实气体的状态方程 Van der Waals 方程,van der Waals （18371923） 荷兰物理学家,1873年，他最先假设原子间和分子间存在某种吸引力，后来被称为Vander Waals力。1881年，得出Vander Waals方程,1910年，因研究气态和液态方程成绩显著，获诺贝尔物理学奖,34,2016/3/21,真实气体的状态方程,Vander Waals 对理想气体的状态方程作了两项修正：,（1）1 mol 分子自身占有的体积为 b,（2）1 mol 分子相互之间的作用力，即内压力为,导出的van der Waals 方程为,35,2016/3/21,van der Waals 方程,或,a，b 称为van der Waals 常量，常见气体的van der Waals常量值可以查表。,a 的单位：,b 的单位：,36,2016/3/21,个人观点供参考，欢迎讨论,